(57)【要約】【課題】ポンプ軸の円滑な回転が実現されるポンプ構造を提供する。【解決手段】ポンプ構造は、中心軸１０１に沿って延びる中空パイプ２１と、中空パイプ２１に嵌合されたポンプ軸２４と、ポンプ軸２４に支持されたインペラ２５と、ポンプケース３１とを備える。中空パイプ２１は、中心軸１０１に沿う継ぎ目２２を有する。ポンプ軸２４は、継ぎ目２２と摺動しながら中心軸１０１を中心に回転する。ポンプケース３１は、内壁３４に囲まれた位置にインペラ２５が回転する渦巻き室３５を形成する。中心軸１０１と内壁３４との間の距離は、中心軸１０１を中心とする周方向に沿って変化するとともに、インペラ２５の回転方向において吐出部３３の直前で最大となる。継ぎ目２２は、中心軸１０１を中心として、中心軸１０１と内壁３４との間の距離が最小となる位相Ｘ１からずれた位相に配置されている。【選択図】図３
2007198132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に沿って延び、前記所定の軸に沿う継ぎ目を有する中空部材と、
前記中空部材に嵌合され、前記継ぎ目と摺動しながら前記所定の軸を中心に回転するポンプ軸と、
前記ポンプ軸に支持されたインペラと、
前記所定の軸の周りで延在する壁部と、前記壁部に開口し、流体が吐出する吐出部とを有し、前記壁部に囲まれた位置に前記インペラが回転する渦巻き室を形成するケース体とを備え、
前記所定の軸と前記壁部との間の距離は、前記所定の軸を中心とする周方向に沿って変化するとともに、前記インペラの回転方向において前記吐出部の直前で最大となり、
前記継ぎ目は、前記所定の軸を中心として、前記所定の軸と前記壁部との間の距離が最小となる位相からずれた位相に配置されている、ポンプ構造。
【請求項２】
前記中空部材は、前記所定の軸を中心に回転する前記ポンプ軸と摺動し、平滑に形成された表面をさらに有し、
前記表面は、前記所定の軸を中心として、前記所定の軸と前記壁部との間の距離が最小となる位相に配置されている、請求項１に記載のポンプ構造。
【請求項３】
前記継ぎ目は、前記所定の軸を中心として、前記所定の軸と前記壁部との間の距離が最小となる位相から１８０°ずれた位相に配置されている、請求項１または２に記載のポンプ構造。
【請求項４】
前記所定の軸と前記壁部との間の距離は、前記インペラの回転方向において前記吐出部の直後で最小となる、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ構造。
【請求項５】
所定の軸に沿って延び、前記所定の軸に沿う継ぎ目を有する中空部材と、
前記中空部材に嵌合され、前記継ぎ目と摺動しながら前記所定の軸を中心に回転するポンプ軸と、
前記所定の軸を中心に環状に延びる渦巻き室を前記ポンプ軸の周りに形成するケース体とを備え、
前記渦巻き室に導入された流体から前記ポンプ軸に作用する力は、前記所定の軸を中心とする周方向に沿って変化し、
前記継ぎ目は、前記所定の軸を中心として、流体から前記ポンプ軸に作用する力が最大となる位相からずれた位相に配置されている、ポンプ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、ポンプ構造に関し、より特定的には、遠心式のウォータポンプ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のポンプ構造に関して、たとえば、特開２０００−８７７４４号公報には、ポンプ軸およびその軸受けの構造を簡単にすることを目的としたエンジンの水ポンプ構造が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された水ポンプ構造は、ポンプボディと、中空状のポンプ軸とを備える。ポンプボディは、貫通孔の内周面により形成された軸受け部を有する。その軸受け部によって、ポンプ軸の中間部が回転自在に支持されている。
【特許文献１】特開２０００−８７７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された中空状のポンプ軸を、平板を巻回して作製した場合、ポンプ軸には、その軸方向に延びる継ぎ目が形成される。しかしながら、ポンプ軸は、軸受け部を形成するポンプボディの内周面と摺動しながら回転するため、継ぎ目の位置でポンプ軸とポンプボディの内周面との抵抗が大きくなる。これにより、ポンプ軸を円滑に回転させることができず、ポンプ性能の低下を招くおそれが生じる。
【０００４】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ポンプ軸の円滑な回転が実現されるポンプ構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の１つの局面に従ったポンプ構造は、所定の軸に沿って延びる中空部材と、中空部材に嵌合されたポンプ軸と、ポンプ軸に支持されたインペラと、ケース体とを備える。中空部材は、所定の軸に沿う継ぎ目を有する。ポンプ軸は、継ぎ目と摺動しながら所定の軸を中心に回転する。ケース体は、所定の軸の周りで延在する壁部と、壁部に開口し、流体が吐出する吐出部とを有する。ケース体は、壁部に囲まれた位置にインペラが回転する渦巻き室を形成する。所定の軸と壁部との間の距離は、所定の軸を中心とする周方向に沿って変化するとともに、インペラの回転方向において吐出部の直前で最大となる。継ぎ目は、所定の軸を中心として、所定の軸と壁部との間の距離が最小となる位相からずれた位相に配置されている。
【０００６】
このように構成されたポンプ構造によれば、所定の軸と壁部との間の距離が最小となる位相では、渦巻き室の流体からポンプ軸に作用する力が大きくなる。本発明では、この位相からずれた位相に継ぎ目が配置されているため、ポンプ軸と中空部材の継ぎ目との摺動によって生じる抵抗を小さく抑えることができる。これにより、ポンプ軸を円滑に回転させることができる。
【０００７】
また好ましくは、中空部材は、所定の軸を中心に回転するポンプ軸と摺動し、平滑に形成された表面をさらに有する。表面は、所定の軸を中心として、所定の軸と壁部との間の距離が最小となる位相に配置されている。このように構成されたポンプ構造によれば、渦巻き室の流体からポンプ軸に作用する力が大きくなる位相で、ポンプ軸と、平滑に形成された中空部材の表面とが摺動するため、その位相で、ポンプ軸と中空部材の継ぎ目とが摺動することを回避できる。これにより、ポンプ軸と中空部材の継ぎ目との摺動によって生じる抵抗を小さく抑えることができる。
【０００８】
また好ましくは、継ぎ目は、所定の軸を中心として、所定の軸と壁部との間の距離が最小となる位相から１８０°ずれた位相に配置されている。このように構成されたポンプ構造によれば、継ぎ目が、渦巻き室の流体からポンプ軸に作用する力が大きくなる位相から最も離れた位相に配置されるため、ポンプ軸と中空部材の継ぎ目との摺動によって生じる抵抗を、より確実に小さく抑えることができる。
【０００９】
また好ましくは、所定の軸と壁部との間の距離は、インペラの回転方向において吐出部の直後で最小となる。このように構成されたポンプ構造によれば、継ぎ目は、吐出部の直後からずれた位相に配置される。
【００１０】
この発明の別の局面に従ったポンプ構造は、所定の軸に沿って延び、所定の軸に沿う継ぎ目を有する中空部材と、中空部材に嵌合され、継ぎ目と摺動しながら所定の軸を中心に回転するポンプ軸と、所定の軸を中心に環状に延びる渦巻き室をポンプ軸の周りに形成するケース体とを備える。渦巻き室に導入された流体からポンプ軸に作用する力は、所定の軸を中心とする周方向に沿って変化する。継ぎ目は、所定の軸を中心として、流体からポンプ軸に作用する力が最大となる位相からずれた位相に配置されている。
【００１１】
このように構成されたポンプ構造によれば、継ぎ目が、渦巻き室の流体からポンプ軸に作用する力が最大となる位相からずれた位相に配置されるため、ポンプ軸と中空部材の継ぎ目との摺動によって生じる抵抗を小さく抑えることができる。これにより、ポンプ軸を円滑に回転させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、この発明に従えば、ポンプ軸の円滑な回転が実現されるポンプ構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１４】
図１は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）システムの冷却系を示す斜視図である。図中に示すＨＶシステムの冷却系は、モータと、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とを動力源として駆動するハイブリッド自動車に搭載されている。
【００１５】
図１を参照して、ハイブリッド自動車は、エンジン５２と、駆動用のモータおよび発電用のジェネレータを内蔵するトランスアクスル５３と、リアシート後方に搭載された図示しないバッテリとを備える。エンジン５２に隣り合う位置には、バッテリの直流電流を、モータに導入する交流電流に変換するためのインバータ５１が設けられている。ハイブリッド自動車は、さらに、車両前方のフロントグリルの裏側に位置して設けられたラジエータ６１を備える。
【００１６】
ラジエータ６１には、互いに独立した２つの冷却水路が設けられており、そのうちの一方が、エンジン５２の冷却系を構成し、他方が、ＨＶシステムの冷却系を構成している。ＨＶシステムの冷却系は、ラジエータ６１→インバータ５１→リザーバタンク５４→ウォータポンプ１０→トランスアクスル５３→ラジエータ６１を順にたどる冷却水路によって形成されている。水路内の冷却水（たとえば、エチレングリコール系のクーラント）は、ウォータポンプ１０によって強制循環され、インバータ５１や、トランスアクスル５３に設けられたジェネレータおよびモータを冷却する。冷却によって温度上昇した冷却水は、ラジエータ６１を通過することによって、温度が下げられる。
【００１７】
図２は、図１中のウォータポンプの断面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったウォータポンプの断面図である。図２および図３を参照して、ウォータポンプ１０は、ポンプのボディを構成するポンプケース３１と、ポンプケース３１に収容された中空パイプ２１、ポンプ軸２４およびインペラ２５とを備える。ウォータポンプ１０は、モータによって駆動する電動ポンプである。ウォータポンプ１０は、冷却水を圧送するインペラが環状に延びる渦巻き室に配置された遠心式ポンプである。
【００１８】
中空パイプ２１は、中心軸１０１を中心に、その軸方向に沿って円筒状に延びる形状を有する。中空パイプ２１は、ポンプケース３１に対して固定されている。つまり、中空パイプ２１は、ウォータポンプ１０の駆動時に回転しない。中空パイプ２１は、金属から形成されている。本実施の形態では、中空パイプ２１がステンレス鋼から形成されている。
【００１９】
中空パイプ２１の外周上には、ポンプ軸２４が嵌め合わされている。ポンプ軸２４は、中空パイプ２１により、中心軸１０１を中心に回転自在に支持されている。ポンプ軸２４は、ウォータポンプ１０の駆動時に回転する。ポンプ軸２４は、樹脂材料から形成されている。
【００２０】
ポンプ軸２４には、インペラ２５が一体に成形されている。インペラ２５は、中心軸１０１を中心にした周方向に間隔を隔てて複数、設けられている。インペラ２５は、ポンプ軸２４とともに中心軸１０１を中心に回転する。本実施の形態では、ポンプ軸２４に７枚のインペラ２５が設けられているが、これに限定されず、適当な枚数のインペラ２５が設けられても良い。インペラ２５は、ポンプ軸２４とは別体に形成され、ポンプ軸２４に支持されても良い。
【００２１】
ポンプ軸２４には、積層鋼板と永久磁石とを備えたヨーク２６が設けられている。ヨーク２６の外周上には、三相電流が供給されるコイルを備えたステータ４１が設けられている。ヨーク２６およびステータ４１により、ポンプ軸２４を回転させるモータが構成されている。インペラ２５とヨーク２６とは、中心軸１０１の軸方向に互いに離れて設けられている。
【００２２】
ポンプケース３１は、樹脂材料から形成されている。ポンプケース３１は、中空パイプ２１の一方端２１ｍを支持する支持部３６を有する。中空パイプ２１に嵌め合わされたポンプ軸２４と支持部３６とが向い合う位置には、ポンプ軸２４の回転時に樹脂同士の摺動を避けるため、金属製のワッシャ２７が介在している。ポンプケース３１には、ヨーク２６が配置され、冷却水に浸される内部空間と、ステータ４１が配置される外部空間とを区画する隔壁３８が設けられている。隔壁３８は、中空パイプ２１の他方端２１ｎを支持する支持部３９を有する。
【００２３】
ポンプケース３１は、中心軸１０１の外周上でポンプ軸２４を取り囲むように延在する内壁３４を有する。内壁３４に囲まれた位置には渦巻き室３５が形成されている。渦巻き室３５は、中心軸１０１を中心に環状に延びて形成されている。渦巻き室３５は、ポンプ軸２４の周囲に形成されている。渦巻き室３５には、インペラ２５が配置されている。インペラ２５は、渦巻き室３５で、中心軸１０１を中心に図３中の矢印１１１に示す一方向に回転する。
【００２４】
ポンプケース３１は、渦巻き室３５に連通する吸い込み部３２および吐出部３３を有する。吸い込み部３２は、中心軸１０１に沿う方向から渦巻き室３５に冷却水を導入する。吐出部３３は、中心軸１０１周りの所定の位相において内壁３４に開口している。吐出部３３は、吸い込み部３２から渦巻き室３５に導入され、さらに回転するインペラ２５により渦巻き室３５から押し出された冷却水を吐出する。
【００２５】
中心軸１０１と内壁３４との間の距離は、中心軸１０１を中心とする周方向に沿って変化する。より具体的には、中心軸１０１と内壁３４との間の距離は、図３中の矢印１１１に示すインペラ２５の回転方向において、吐出部３３の直後で最小のＬ１となり、そのあと徐々に増大して、吐出部３３の直前で最大のＬ２となる。中心軸１０１を中心として、中心軸１０１と内壁３４との間の距離がＬ１およびＬ２となる位相を、それぞれ、位相Ｘ１および位相Ｘ２と称した場合に、渦巻き室３５に流れる冷却水の圧力は、インペラ２５の回転方向において、位相Ｘ１で最大となり、そのあと徐々に減少して、位相Ｘ２で最小となる。
【００２６】
図４は、図２中の中空パイプの詳細な形状を示す斜視図である。図２から図４を参照して、中空パイプ２１は、中心軸１０１の軸方向に互いに離れて設けられた拡径部４６および４８と、拡径部４６と拡径部４８との間に設けられた縮径部４７とから構成されている。
【００２７】
拡径部４６および４８は、相対的に大きい直径を有する外周面２１ａを有し、縮径部４７は、相対的に小さい直径を有する外周面２１ｃを有する。外周面２１ａが有する直径は、たとえば１０ｍｍ以下である。外周面２１ａは、平滑に形成されている。ポンプ軸２４は、外周面２１ａおよび２１ｃに向い合う内周面２４ｂを有する。外周面２１ａと内周面２４ｂとは、互いに接触する。ポンプ軸２４の回転時、外周面２１ａと内周面２４ｂとが摺動する。外周面２１ｃと内周面２４ｂとは、互いに離間する。ポンプ軸２４の回転時、外周面２１ｃと内周面２４ｂとの間の隙間に冷却水が溜められ、その冷却水が、外周面２１ａと内周面２４ｂとの摺動面に潤滑のため随時、供給される。
【００２８】
中空パイプ２１は、板部材から形成されている。このため、中空パイプ２１は、中心軸１０１に沿って延びる継ぎ目２２を有する。継ぎ目２２は、外周面２１ａの不連続部により構成されている。つまり、継ぎ目２２は、中心軸１０１を中心とする周方向において外周面２１ａが不連続となる位置に設けられている。継ぎ目２２は、中心軸１０１に平行に延びている。継ぎ目２２は、中心軸１０１に対して斜めに延びていても良い。継ぎ目２２は、直線に限られず、たとえば湾曲しながら中心軸１０１に沿って延びていても良い。継ぎ目２２は、ジグザグ状に中心線１０１に沿って延びていても良い。継ぎ目２２は、中空パイプ２１を形成する板部材の対向する端辺が単に向い合った形状を有しても良い。継ぎ目２２は、中空パイプ２１を形成する板部材の対向する端辺が接続された形状を有しても良い。端辺を接続する手段は、溶接であっても良いし、かしめであっても良いし、その他の手段であっても良い。中空パイプ２１が樹脂材料から形成されている場合には、端辺を接続する手段は、熱溶着であっても良い。継ぎ目２２は、中空パイプ２１を形成する板部材の対向する端辺が互いに当接した形状を有しても良いし、離間した形状を有しても良い。
【００２９】
図５は、図２中の中空パイプの製造工程を示す斜視図である。図５（Ａ）を参照して、まず、表面１２１ａを有する板部材１２１を準備する。板部材１２１の板厚は、たとえば、２ｍｍ以下である。図５（Ｂ）を参照して、図４中の縮径部４７を形成するため、板部材１２１に、表面１２１ａから凹む溝部１４７を加工する。摺動面となる図４中の外周面２１ａを得るため、表面１２１ａに研磨等の加工を実施する。図５（Ｃ）を参照して、板部材１２１を巻回する。必要な場合には、板部材１２１の対向する端辺を適当な手段により接続する。以上の工程により、図４中の円筒形状を有する中空パイプ２１が完成する。
【００３０】
本実施の形態では、ポンプ軸２４を回転自在に支持する部材として、中実軸ではなく中空パイプ２１を使用している。この中空パイプ２１は、板部材１２１から形成されるため、中実軸を用いる場合と比較して材料コストを削減することができる。また、中空パイプ２１に必要となる加工を板部材１２１の段階で実施することができるため、加工コストを削減することができる。また、中実軸を用いる場合と比較して、ウォータポンプ１０の軽量化を図ることができる。
【００３１】
図３を参照して、継ぎ目２２は、中心軸１０１を中心にして位相Ｘ１からずれた位相に配置されている。位相Ｘ１には、平滑に形成された外周面２１ａが配置されている。本実施の形態では、継ぎ目２２が、中心軸１０１を中心にして位相Ｘ１から１８０°ずれた位相Ｘ３に配置されている。
【００３２】
図６は、図３中の渦巻き室に流れる冷却水からポンプ軸に作用する力を説明するための断面図である。図６を参照して、ポンプ軸２４には、中心軸１０１を中心とした半径方向の内側に向かう力が、渦巻き室３５に流れる冷却水から作用する。このポンプ軸２４に作用する力の大きさは、渦巻き室３５内の冷却水の圧力に応じた大きさとなるため、中心軸１０１を中心とした周方向に沿って変化する。冷却水からポンプ軸２４に作用する力は、冷却水の圧力が最大になる位相Ｘ１で最も大きいＰ１となる。
【００３３】
この発明の実施の形態におけるポンプ構造は、所定の軸としての中心軸１０１に沿って延びる中空部材としての中空パイプ２１と、中空パイプ２１に嵌合されたポンプ軸２４と、ポンプ軸２４に支持されたインペラ２５と、ケース体としてのポンプケース３１とを備える。中空パイプ２１は、中心軸１０１に沿う継ぎ目２２を有する。ポンプ軸２４は、継ぎ目２２と摺動しながら中心軸１０１を中心に回転する。ポンプケース３１は、中心軸１０１の周りで延在する壁部としての内壁３４と、内壁３４に開口し、流体としての冷却水が吐出する吐出部３３とを有する。ポンプケース３１は、内壁３４に囲まれた位置にインペラ２５が回転する渦巻き室３５を形成する。中心軸１０１と内壁３４との間の距離は、中心軸１０１を中心とする周方向に沿って変化するとともに、インペラ２５の回転方向において吐出部３３の直前で最大となる。継ぎ目２２は、中心軸１０１を中心として、中心軸１０１と内壁３４との間の距離が最小となる位相Ｘ１からずれた位相に配置されている。
【００３４】
渦巻き室３５に導入された冷却水からポンプ軸２４に作用する力は、中心軸１０１を中心とする周方向に沿って変化する。継ぎ目２２は、中心軸１０１を中心として、冷却水からポンプ軸２４に作用する力が最大となる位相Ｘ１からずれた位相に配置されている。
【００３５】
このように構成された、この発明の実施の形態におけるポンプ構造によれば、継ぎ目２２が、位相Ｘ１からずれた位相に配置されているため、継ぎ目２２が配置された位置で、中空パイプ２１とポンプ軸２４との接触圧力が最大になることを回避できる。これにより、ポンプ軸２４と継ぎ目２２との摺動によって生じる抵抗を小さく抑え、ポンプ軸２４を円滑に回転させることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、本発明によるポンプ構造をウォータポンプ１０に適用したが、これに限定されず、遠心式のオイルポンプやエアポンプ等に適用しても良い。また、本実施の形態では、冷却水による錆びを回避するため、ポンプ軸２４を樹脂材料から形成したが、本発明が適用されるポンプの種類によっては、ポンプ軸２４を金属から形成しても良い。この場合、中空パイプ２１を樹脂材料から形成しても良い。
【００３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＨＶシステムの冷却系を示す斜視図である。
【図２】図１中のウォータポンプの断面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったウォータポンプの断面図である。
【図４】図２中の中空パイプの詳細な形状を示す斜視図である。
【図５】図２中の中空パイプの製造工程を示す斜視図である。
【図６】図３中の渦巻き室に流れる冷却水からポンプ軸に作用する力を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２１  中空パイプ、２１ａ  外周面、２２  継ぎ目、２４  ポンプ軸、２５  インペラ、３１  ポンプケース、３３  吐出部、３４  内壁、３５  渦巻き室、１０１  中心軸。
【図１】
2007198132.tif 000003
【図２】
2007198132.tif 000004
【図３】
2007198132.tif 000005
【図４】
2007198132.tif 000006
【図５】
2007198132.tif 000007
【図６】
2007198132.tif 000008